电子测量6章第1部分

第7章测量用信号源

内容提要：

介绍测试用低频信号发生器、函数信号发生器、高频信号发生器、合成信号发生器、扫频信号发生器、脉冲信号发生器的电路组成及工作原理，并介绍各类测试信号源的特点及使用方法。重点：

掌握各类测试信号源的特点、工作原理和使用方法。难点：

各类测试信号源的工作原理与电路构成。本章所用主要仪器任意波形发生器功率函数信号发生器射频信号发生器函数发生器/计数器视频和电视信号发生器

7.1概述测量用信号源是指测量用信号发生器。它可以产生不同频率的正弦信号、调幅信号、调频信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的幅值也可按需要进行调节。7．1．1测量用信号源的作用与分类1．测量用信号源的作用信号发生器是输出供给量的仪器，它产生频率、幅度、波形等主要参数可调节的信号，主要有以下几个作用。（1）测元件参数。如电感、电容及Q值、损耗角等。（2）测网络的幅频特性、相频特性、周期等。（3）测试接收机的性能。如测接收机的灵敏度、选择性、AGC范围等指标。（4）测量网络的瞬态响应。如用方波或窄脉冲激励，测量网络的阶跃响应、冲击响应、时间常数等。（5）校准仪表。输出频率、幅度准确的信号，校准仪表的衰减器、增益及刻度。2．信号源的分类专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的。如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等。这类信号发生器的特性与测量对象紧密相关。通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器、噪声发生器等。正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。

3．正弦信号发生器的分类（1）超低频信号发生器频率在0.0001~1KHz范围内。（2)低频信号发生器频率在1Hz~20KHz或1MHz范围内。其中用得最多的是音频信号发生器，频率范围在20Hz~20KHz之间。（3）视频信号发生器频率在20Hz~10MHz范围内。

（4）高频信号发生器频率在200KHz~30MHz范围内，大致相当于长、中、短波段的范围。（5）甚高频信号发生器频率在30MHz~300MHz范围内，相当于米波波段。（6）超高频信号发生器频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘米波波段等。工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器。

7．1．3正弦信号发生器的主要性能指标归纳为频率特性、输出特性和调制特性等三大指标。 1．频率特性频率特性包括可调的频率范围、频率的准确度、稳定度等技术指标。（1）频率范围正弦信号发生器的频率范围是指各项指标都能得到保证时的输出频率范围。（2）频率的准确度是指信号发生器度盘（或显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，一般用相对误差来表示。

（7-1）式中——为仪器度盘或数字显示的输出信号频率；

——实际输出频率。

(3)

频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。频率的稳定度又分为频率短期稳定度和长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定时间预热后输出信号的频率,在任意15分钟的时间内所产生的最大变化。即

式中——为任意15分钟时间内信号输出频率的最大值；

——为任意15分钟时间内信号输出频率的最小值。频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，输出信号的频率在任意15小时的时间内所发生的最大变化。

2．输出特性正弦信号源的输出特性一般包括输出电平范围、输出电平的频响、输出电平的准确度、输出阻抗以及输出信号的频谱纯度等指标。（1）输出电平范围指输出信号幅度的有效范围，也就是信号发生器的最大和最小输出电平的可调范围。输出幅度可用电压(mV、V)和分贝(dB)两种方式表示。（2）输出电平的频率响应是指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。（3）输出电平准确度输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减器换档误差、0dB准确度和输出电平平坦度等几项指标综合组成。（４）输出阻抗信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω（或1KΩ）；功率输出端根据输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5KΩ等；高频信号发生器一般有50Ω和75Ω两种不平衡输出。（５）输出信号的频谱纯度输出信号的频谱纯度反映输出信号波形接近理想正弦波的程度。常用非线性失真系数表示。

（7-3）式中

u1——输出信号基波的有效值（或幅值）；

u2、u3……un——各次谐波分量的有效值（或幅值）。

3．调制特性描述高频信号发生器输出正弦波的同时，输出调频、调幅、调相或脉冲调制信号的能力。下一节结束返回7．1．2正弦信号发生器的组成基本构成如图7.1所示，一般包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路等部分。

振荡器变换器输出电路电源指示器图7.1正弦信号发生器的基本组成框图输出正弦波7.2低频信号发生器低频信号发生器的输出信号频率范围通常为20Hz~20KHz，也称为音频信号发生器。低频信号发生器可用于测试调整低频放大器、传输网络和广播、音响等电声设备，还可以用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等。

7．2．1低频信号发生器的主要性能指标（1）频率范围。1Hz～20KHz或延伸到1MHz（2）频率稳定度。（0.1～0.4）%/小时（3）频率的准确度。±(1～2)%（4）输出电压。0～10V连续可调（5）输出功率。0.5～5w连续可调（6）输出阻抗。50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5KΩ（7）非线性失真系数。(0.1～1)%（8）平衡输出与不平衡输出方式。7．2．2低频信号发生器的基本组成与工作原理如图7.2所示，包括振荡器、放大器、稳压电源、电压表及输出级等部分。振荡器放大器输出衰减稳压电源电压表低频信号输出图7.2低频信号发生器框图1．振荡器振荡器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号。一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。振荡器决定输出信号的频率范围和稳定度。（1）通用RC振荡电路图7.3为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。①RC选频网络的选频特性如图7.4所示。该网络的传递函数（反馈系数）为式中——输入信号的频率；

——等于。由公式可画出选频网络的幅频特性和相频特性。如图7.5所示。当时，输出信号与输入信号同相，且幅值达到输出电压最大值的1/3；离越远，幅值下降越大，即选频网络对频率为的信号具有选通性，对其他频率的信号具有抑制性。

②文氏电桥振荡器的振荡条件只要后接的二级放大器的电压放大倍数为Av=3

，就满足了振荡器起振的幅值条件AF≥1，可以维持频率f=f0=1/(2∏RC)时的等幅正弦振荡。③文氏电桥振荡器的实际电路（2）差频式振荡电路差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图7.7所示。主要包括固定高频振荡器、可变高频振荡器、混频器、低通滤波器和放大、衰减器等。固定高频振荡器混频器可变高频振荡器低通滤波电路放大电路

衰减电路输出图7.7差频式振荡电路框图设固定高频振荡器的频率为，可变高频振荡器的频率范围为，则混频器输出的基波差频信号频率范围为 差频信号的频率覆盖系数为式中——可变高频振荡器的频率覆盖系数；

——可变高频振荡器的最低频率；

——可变高频振荡器的最高频率。由式（7-8）可以看出，和越大，差频信号的频率覆盖系数就越大，所得到的低频信号的频率范围也就越宽。（7-8）2．放大器低频信号发生器的放大器一般包括电压放大器和功率放大器两级，以达到电压输出幅度和功率的要求。3．输出级输出级一般包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分。7．2．3低频信号发生器的应用1．使用方法（1）接通电源，频率应有显示。（2）根据测试所要求信号的频率选择合适的波段，再通过频率开关得到所需的频率。（3）通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅度，并由电压表监测。（4）低频信号发生器的输出阻抗一般为600Ω，应注意与被测对象的匹配。2．放大器